(57)【要約】【課題】さまざまな偏光特性を持つ電磁波、光波の存在下においても、テラヘルツ信号を正確に受信するテラヘルツ受信素子を提供する。【解決手段】本発明のテラヘルツ受信素子は、２つの電界効果型トランジスタＦＥＴ−Ａ、ＦＥＴ−Ｂと、アンテナとしての２本のゲートワイヤ１２、１２’と、差分回路２１とを有し、前記２本のゲートワイヤ１２、１２’のそれぞれは、対応する電界効果型トランジスタに電気的に接続され、２つの電界効果型トランジスタへの２つのゲートワイヤ１２、１２’の取り付け方向のなす角度は０°以外の一定の角度であり、差分回路２１は、２つの電界効果型トランジスタのドレイン部から出力される２つの信号の差分を算出し、受信信号として出力する。【選択図】図１Ａ
2010219442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の一つの主面上に形成された２つの電界効果型トランジスタと、
アンテナとしての２本のワイヤと、
差分回路とを有し、
前記２本のワイヤのそれぞれは、対応する電界効果型トランジスタに電気的に接続され、
前記２つの電界効果型トランジスタへの前記２つのワイヤの取り付け方向のなす角度は、０°以外の一定の角度であり、
前記差分回路は、前記２つの電界効果型トランジスタのドレイン部から出力される２つの信号の差分を受信信号として求めることを特徴とするテラヘルツ受信素子。
【請求項２】
前記一定の角度は４５°以上１３５°以下であることを特徴とする請求項１記載のテラヘルツ受信素子。
【請求項３】
前記２本のワイヤのそれぞれは、対応する電界効果型トランジスタのゲート部に電気的に接続される
請求項１または２に記載のテラヘルツ受信素子。
【請求項４】
前記２本のワイヤのそれぞれは、対応する電界効果型トランジスタのソース部に電気的に接続される
請求項１または２に記載のテラヘルツ受信素子。
【請求項５】
前記２本のワイヤのそれぞれは、対応する電界効果型トランジスタのゲート部と、直流バイアス電圧源とに電気的に接続される
請求項３に記載のテラヘルツ受信素子。
【請求項６】
前記２つの電界効果型トランジスタのそれぞれのゲート部は、
前記基板の前記主面上に設けられたゲート電極と、
当該ゲート電極に接続され、前記基板の前記主面上に設けられゲートパッドとから構成され、
前記２つのワイヤは、ゲートパッドに接続される
請求項３に記載のテラヘルツ受信素子。
【請求項７】
前記２つの電界効果型トランジスタのそれぞれのソース部は、
前記基板の前記主面上に設けられたソース電極と、
当該ソース電極に接続され、前記基板の前記主面上に設けられたソースパッドとから構成され、
前記２つのワイヤは、ソースパッドに接続される
請求項４に記載のテラヘルツ受信素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はテラヘルツ帯の高周波を室温にて簡便に受信することが可能なテラヘルツ受信素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
テラヘルツ電磁波は光と電波の中間領域に当たる近年注目されている新しい電磁波領域であり、多岐にわたる応用の可能性が提案されている。現在、テラヘルツ波の室温受信は、テラヘルツ時間領域分光法（THz-TDS）を用いることによりテラヘルツ波の高感度受信を行うことが一般的である。しかし、テラヘルツ時間領域分光法では、高精度な光学系の調整を必要とするだけでなく大規模な設備構成にならざるを得ず、現状では様々な分野への技術応用、商品展開は困難である。設備を小型化し、簡便で高感度なテラヘルツ波受信技術として、電子デバイスを用いたテラヘルツ波の受信が新たに検討されている。例えば、電界効果型トランジスタを用いチャネル電子のプラズマ共鳴を利用したテラヘルツ波の室温受信が報告されている。これは、１０8cm/sオーダーの電子速度を持つプラズマ波を利用することにより、室温でのテラヘルツ受信を可能とするものである。中でも高電子移動度トランジスタ（High Electron Mobility Transistor、HEMT）のチャネル層内部で発生する２次元電子プラズモン共鳴を利用したデバイスをM. Shurらが提案している（非特許文献１、２）。この共鳴周波数はゲートに印加される電圧により定まる電子濃度の平方根に比例するため、ゲート電圧により周波数可変なテラヘルツ波発生源、或いは広帯域なテラヘルツ受信機の実現が期待できる。これにより、トランジスタを用いたテラヘルツ帯の電磁波を検波することが可能であることから、テラヘルツ波発生源を必要としないイメージングが可能となりテラヘルツイメージングシステム等の小型化、低コスト化が可能となるなどのメリットがある。
【０００３】
また、TaukらはSiのMOSFETにおいて、テラヘルツ波の受信が可能であることを報告している（非特許文献３）が、この報告ではテラヘルツ波はゲートワイヤにて受信されるとしており、ゲートワイヤで受信したテラヘルツ帯の変調信号をゲートワイヤと通じてゲート直下のチャネルへ伝送し、プラズマ共鳴にてテラヘルツ波を室温受信していることになる。その構造を図６に示す。同図のテラヘルツ受信素子では、複数のトランジスタの各ゲートに接続されたワイヤをアンテナとして用いている。
【非特許文献１】M. Shur et al., Phys. Rev. Lett. 71(1993)2465
【非特許文献２】M. Shur et al., IEEE TRANS. ON ELECTRON DEVICES, VOL. 43, NO. 3, pp.380 1996
【非特許文献３】Tauk et al., APPLIED PHYSICS LETTERS 89, 253511(2006)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、電界効果型トランジスタを用いたテラヘルツ波の受信においては、テラヘルツ波以外の光、たとえば蛍光灯の光等の無偏光の光をチャネル部にて吸収してしまうと、フォトキャリアが発生し、信号として出力してしまうことを我々は確認している。なお、テラヘルツ波において「偏光」は偏波と同義である。
【０００５】
上記非特許文献３のようなランダムな放射状のワイヤの配置では、受信信号には偏光を有するテラヘルツ波による信号成分と無偏光の光による信号成分等が混在し、正確なテラヘルツ波の受信が困難である。よって、テラヘルツ帯の電磁波を受信するためには、偏光を考慮した形態にする必要がある。
【０００６】
本発明は前記従来技術の課題に鑑みて、電界効果型トランジスタを用いて、無偏光の光による影響を受けないで正確なテラヘルツ波の受信が可能であるテラヘルツ受信素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上記課題を解決することが可能なテラヘルツ受信素子の構成について検討を行った。その結果、テラヘルツ波と無偏光な光との信号を区別することにより、テラヘルツ波を正確に受信することができるテラヘルツ受信素子を提供する本発明に至った。
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明のテラヘルツ波受信装置は、基板と、前記基板の一つの主面上に形成された２つの電界効果型トランジスタと、アンテナとしての２本のワイヤと、差分回路とを有し、前記２本のワイヤのそれぞれは、対応する電界効果型トランジスタに電気的に接続され、前記２つの電界効果型トランジスタへの前記２つのワイヤの取り付け方向のなす角度は、０°以外の一定の角度であり、前記差分回路は、前記２つの電界効果型トランジスタのドレイン部から出力される２つの信号の差分を受信信号として求めることを特徴とする。
【０００９】
この構成にすることにより、２つのワイヤでテラヘルツ波を受信した場合、偏光特性をもつテラヘルツ波の受信信号の強度は２つの電界効果型トランジスタ間で異なることになるが、無偏光の光による信号強度は２つの電界効果型トランジスタ間で差異が発生しない。よって、この２つの信号の差分をとることにより、偏光特性をもつテラヘルツ信号を正確に出力することが可能となる。
【００１０】
また、前記一定の角度は４５°以上１３５°以下であることが好ましい。これにより、２つの差分信号の強度が確保されるため、より正確なテラヘルツ波の受信が可能となる。
【００１１】
ここで、前記２本のワイヤのそれぞれは、対応する電界効果型トランジスタのゲート部に電気的に接続される構成としてもよい。
【００１２】
この構成によれば、２つのワイヤからゲート部を介して電界効果型トランジスタにテラヘルツ波が入射されるので、チャネル中の電子のプラズマ共鳴によるテラヘルツ波の室温検波を容易にすることができる。
【００１３】
ここで、前記２本のワイヤのそれぞれは、対応する電界効果型トランジスタのソース部に電気的に接続される構成としてもよい。
【００１４】
この構成によれば、２つのワイヤからソースを介して電界効果型トランジスタにテラヘルツ波が入射されるので、チャネル中の電子のプラズマ共鳴によるテラヘルツ波の室温検波を容易にすることができる。
【００１５】
ここで、前記２本のワイヤのそれぞれは、対応する電界効果型トランジスタのゲート部と、直流バイアス電圧源とに電気的に接続される構成としてもよい。
【００１６】
この構成によれば、２つのワイヤのそれぞれは、アンテナとしての機能と直流バイアス電圧供給線としての機能とを兼用するので、ゲート部に直流バイアス電圧を別配線で供給する場合と比べて配線数を削減することができる。
【００１７】
ここで、前記２つの電界効果型トランジスタのそれぞれのゲート部は、前記基板の前記主面上に設けられたゲート電極と、当該ゲート電極に接続され、前記基板の前記主面上に設けられゲートパッドとから構成され、前記２つのワイヤは、ゲートパッドに接続される構成としてもよい。
【００１８】
この構成によれば、前記２つのワイヤは、ゲートパッドにワイヤボンディングすることによって容易に形成することができる。
【００１９】
ここで、前記２つの電界効果型トランジスタのそれぞれのソース部は、前記基板の前記主面上に設けられたソース電極と、当該ソース電極に接続され、前記基板の前記主面上に設けられたソースパッドとから構成され、前記２つのワイヤは、ソースパッドに接続される構成としてもよい。
【００２０】
この構成によれば、前記２つのワイヤは、ドレインパッドにワイヤボンディングすることによって容易に形成することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によるテラヘルツ受信素子は、次のような効果を得る。すなわち、本発明によるテラヘルツ受信素子は、２つ以上の電界効果型トランジスタのゲートワイヤ或いはソースワイヤにてテラヘルツ波を受信しプラズマ共鳴によりテラヘルツ波を室温検波する場合において、さまざまな偏光特性を持つ電磁波、光波の存在下においても、それらの影響を受けずにテラヘルツ信号を正確に出力することが可能となる。
【００２２】
よって、本発明により、テラヘルツ波を用いたセンシング、或いはイメージングに必要なテラヘルツ波に対して感度があり、正確にテラヘルツ信号を検出することが可能なテラヘルツ受信素子を提供することが可能になり、実用的価値は極めて高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面とともに本発明によるテラヘルツ受信素子の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２４】
（第１の実施形態）
図１Ａは、本発明の第１の実施形態におけるテラヘルツ受信素子に含まれる２つの電界効果トランジスタの上面図である。図１Ｂは、本発明の第１の実施形態におけるテラヘルツ受信素子に含まれる２つの電界効果型トランジスタのうちの１つ分の断面に示す図である。図１Ｃは、本発明の第１の実施形態におけるテラヘルツ受信素子の回路図である。
【００２５】
図１Ａ〜図１Ｃに示すように、このテラヘルツ受信素子２０は、基板の一つの主面上に形成された２つの電界効果型トランジスタＦＥＴ−Ａ、ＦＥＴ−Ｂと、アンテナとしての２本のゲートワイヤ１２および１２’と、差分回路２１とを有する。２本のゲートワイヤ１２および１２’のそれぞれは、対応する電界効果型トランジスタのゲート部に電気的に接続されている。ここでゲート部は、図１Ａにおいて、基板の主面上に設けられたゲート電極６と、ゲート電極６に接続され主面上に設けられたゲートパッド９とから構成される部分をいう。
【００２６】
２つの電界効果型トランジスタに電気的に接続された２つのゲートワイヤ１２とゲートワイヤ１２’の取り付け方向のなす角度は、０°以外の一定の角度となるように構成されている。ここで、一定の角度は、４５°以上１３５°以下が望ましい。差分回路２１は、図１Ｃのように２つの電界効果型トランジスタＦＥＴ−Ａ、ＦＥＴ−Ｂのドレイン部から出力される２つの信号の差分を受信信号として求める。
【００２７】
２つのゲートワイヤ１２とゲートワイヤ１２’は、テラヘルツ波を受信するアンテナとして機能する。この２つのアンテナは一定の角度を有するので、偏光特性をもつテラヘルツ波の受信信号の強度は２つの電界効果型トランジスタ間で異なることになる。一方、この２つのアンテナで受信した無偏光の光による信号強度は２つの電界効果型トランジスタ間で差異が発生しない。よって、この２つの信号の差分をとることにより、偏光特性をもつテラヘルツ信号を正確に出力することが可能となる。
【００２８】
以下、本実施形態のテラヘルツ受信素子の構成についてより詳細に説明する。
【００２９】
この実施形態ではテラヘルツ受信素子を構成する電界効果型トランジスタＦＥＴ−Ａ、ＦＥＴ−Ｂとして高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）を用いている。この電界効果型トランジスタＦＥＴ−Ａ、ＦＥＴ−Ｂはそれぞれ以下の構成を有する。すなわち、図１Ｂに示すように、電界効果型トランジスタＦＥＴ−Ａ、ＦＥＴ−Ｂはそれぞれ、高抵抗ＧａＡｓ基板１上にｎｏｎ−ＧａＡｓバッファ層２、ｎｏｎ−ＩｎＧａＡｓチャネル層３、ｎ−ＡｌＧａＡｓ電子供給層４、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層５、ゲート電極６、ドレイン電極７、ソース電極８が順次形成されている。なお、ここでｎｏｎ−とは、いわゆる不純物が添加されていない、すなわちノンドープのことを表す。また、ｎ−とは、ｎ型の導電性であることを意味する。このことは、第２の実施形態でも同様である。
【００３０】
ｎｏｎ−ＩｎＧａＡｓチャネル層３に生成される２次元電子ガスに受信したテラヘルツ波の高周波変調によりプラズマ振動が起こり、プラズマ波が発生する。受信される周波数は、ゲート長、ゲート電圧により制御されるプラズマ共鳴周波数により決定される。それを以下に説明する。
【００３１】
一般に、ＨＥＭＴ素子をソース接地でバイアスした場合、電子走行（チャネル）層に凝集した２次元電子濃度をｎとすると、その電子集団のプラズマ共鳴周波数ｆ0は、（式１）で表すことができる。
【００３２】
【数１】
2010219442.tif 000003
【００３３】
ここで、Ｖｇｓはゲート電圧、Ｖｔｈは閾値電圧、Ｌは共振器長（ゲート長）、ｅは素電荷、ｍ*は電子の有効質量を表す。
【００３４】
本実施形態では、ゲート長が０．５４μｍの素子を用いた。よって、例えばゲート電圧を０Ｖから閾値電圧近傍の−１．０５Ｖまで変化させた場合、プラズマ共鳴周波数は０．３３ＴＨｚから０．９５ＴＨｚとなる。なお、ゲート長、ゲート電圧を変えることにより０．１ＴＨｚから５ＴＨｚ程度の帯域をカバーすることができる。また、ゲート長を微細化することにより、更なる高周波を受信することが可能となる。
【００３５】
図１Ａの上面図では、図１Ｂ記載の電界効果型トランジスタＦＥＴ−Ａ、ＦＥＴ−Ｂを２つ並べて配置している。図１Ｃのように、電界効果型トランジスタＦＥＴ−Ａ、ＦＥＴ−Ｂはそれぞれ、基板の主面上においてゲート電極６、ドレイン電極７、ソース電極８、ゲート電極６に接続されたゲートパッド９、ドレイン電極７に接続されたドレインパッド１１、ソース電極８に接続されたソースパッド１０を含む。各パッドにはワイヤリングが施されている。すなわち、ゲートパッド９、ソースパッド１０、ドレインパッド１１にそれぞれゲートワイヤ１２、１２’、ドレインワイヤ１３、１３’、ソースワイヤ１４、１４’が配線されている。電界効果型トランジスタＦＥＴ−Ａ、ＦＥＴ−Ｂのゲートパッドに接続されたワイヤ１２’、１２の取り付け方向のなす角度は、０°以外の一定の角度になるように構成されている。この例では、一定の角度は９０°とした。なお、２つのワイヤの取り付け方向がなす角度は、２つのワイヤがなす角度であり、より厳密には上面に対して垂直に２つのワイヤを投影した投影像がなす角度である。
【００３６】
図１Ｃは、図１Ａおよび図１Ｂに示すテラヘルツ受信素子の回路図を示す。図１Ｃにおいて、テラヘルツ受信素子は、電界効果型トランジスタＦＥＴ−Ａ、ＦＥＴ−Ｂ、アンテナとして機能するワイヤ１２、１２’、差分回路２１および直流バイアス電圧源２２を含む。この回路図において、２つの電界効果型トランジスタＦＥＴ−Ａ、ＦＥＴ−Ｂはそれぞれソースが接地され、ドレインが差分回路に接続された構成を有している。ここで、２つの電界効果型トランジスタを用いたのはアンテナとなるゲートワイヤ１２、１２’の方向を異なる方向に向けることで、受信感度を向上させるためである。なお、図１Ｃにおいて記号Ｓ、Ｄ、Ｇはそれぞれソース部（ソース電極およびソースパッド）、ドレイン部（ドレイン電極およびドレインパッド）、ゲート部（ゲート電極およびゲートパッド）を表す。直流バイアス電圧源２２は、ゲートワイヤ１２’、１２を介して２つの電界効果型トランジスタのゲートに、直流バイアス電圧を供給する。ここでは、ゲートワイヤ１２’、１２はそれぞれ、アンテナとしての機能と、直流バイアス電圧供給線としての機能とを兼用している。ソースワイヤ１４、１４’はそれぞれ、ソースパッド１０とグラウンドとの間に接続され、ソース接地用の配線として用いられる。ドレインワイヤ１３、１３’はそれぞれ、ドレインパッド１１と差分回路２１との間に接続される。また、ここで差分回路には位相整合回路（図示せず）が設けられている。具体的な例としては、位相整合回路を設けて加算する回路が考えられる。
【００３７】
図２は本実施形態のテラヘルツ受信素子を含むテラヘルツ受信装置の構成を示すブロック図である。このテラヘルツ受信装置は、例えば、テラヘルツ受信素子２０を他のテラヘルツ受信素子に付け替えることにより評価系として利用可能である。同図のテラヘルツ受信装置は、レーザ源１５、チョッパ１６、テラヘルツエミッタ１７、Ｓｉウェハ１８、レンズ１９、テラヘルツ受信素子２０、ロックインアンプ２３とを備える。テラヘルツ発生光源にはＺｎＴｅ結晶を用いた。チタンサファイア（Ｔｉ：sapphire）を用いたレーザ源１５から発生したフェムト秒パルスをＺｎＴｅ結晶のテラヘルツエミッタ１７に導入することで非線形光学効果により０．１ＴＨｚから２ＴＨｚのテラヘルツ波を発生させる。発生したテラヘルツ波はレンズ１９により集光され本実施形態の電界効果型トランジスタを用いたテラヘルツ受信素子２０へ照射される。ソース接地、ゲート電圧を印加することにより、テラヘルツ波による変調信号がドレイン電圧出力として、ロックインアンプ２３によりロックイン検出される。
【００３８】
図３に本実施形態のテラヘルツ受信素子の受信特性を示す。図３Ａは図１ＡのＦＥＴ−Ａのテラヘルツ波受信特性、図３Ｂは図１ＡのＦＥＴ−Ｂの受信特性を示す図である。横軸がゲート電圧、縦軸がドレイン電圧、すなわちテラヘルツ受信信号である。ただし、単体の電界効果型トランジスタによる受信信号を検出する場合は、図２において検出対象の電界効果型トランジスタのドレインにロックインアンプ２３が接続され、他方の電界効果型トランジスタのドレインは開放される。図３Ａではテラヘルツ電界方向とゲートワイヤ１２’が平行な位置関係にあり、図３Ｂではテラヘルツ電界方向とゲートワイヤ１２が垂直な位置関係にある。
【００３９】
図３Ａ、図３Ｂからわかるように、テラヘルツ受信特性にはゲートワイヤの方向依存性があることがわかる。また、ゲート電圧が−０．５Ｖ以下の領域で偏光依存性は無いが、信号出力が現れている領域がある。これは、テラヘルツエミッタ１７から放射されるテラヘルツ波に励起光である８００ｎｍの光が混在し、この８００ｎｍの光をチャネル層が吸収しフォトキャリアを発生することによるものである。蛍光灯等の白色光のもとにおいても、信号の増大や減少が確認され信号として非常に不安定な状態にある。よって、図１Ａに記載したような２つの電界効果型トランジスタを用い、その信号の差分を取ることにより、テラヘルツ波以外の信号が排除され、図３Ｃに示すようなプラズマ共鳴による正確なテラヘルツ波の受信特性を得ることができる。
【００４０】
なお、本実施形態において２つのゲートワイヤのなす角度を９０°としたが、２つのゲートワイヤのなす角度は９０°に限らず、２つのゲートワイヤが平行でなければよい。すなわち２つのゲートワイヤのなす角度は０°より大きく１８０°より小さければよい。特に２つのゲートワイヤのなす角度が４５°以上１３５°以下であれば２つの受信素子の信号の差分を大きくとることができ、正確なテラヘルツ波の受信特性を得ることができる。
【００４１】
（第２の実施形態）
図４Ａ、図４Ｂは、本発明の第２の実施形態におけるテラヘルツ受信素子の構成を概略的に示す図面である。
【００４２】
このテラヘルツ受信素子で使用する電界効果型トランジスタの断面構造図を図４Ｂに示す。本実施形態ではトランジスタとして高電子移動度トランジスタを用いた。このトランジスタは、高抵抗ＧａＡｓ基板１上にｎｏｎ−ＧａＡｓバッファ層２、ｎｏｎ−ＩｎＧａＡｓチャネル層３、ｎ−ＡｌＧａＡｓ電子供給層４、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層５、ゲート電極６、ドレイン電極７、ソース電極８が順次形成された構成を有している。チャネル層３に生成される２次元電子ガスに受信したテラヘルツ波の高周波変調によりプラズマ振動が起こり、プラズマ波が発生する。本実施形態では、ゲート長０．５４μｍの素子を用いた。よって、例えばゲート電圧を０Ｖから閾値電圧近傍の−１．０５Ｖまで変化させた場合、プラズマ共鳴周波数は０．３３ＴＨｚから０．９５ＴＨｚとなる。なお、ゲート長、ゲート電圧を変えることにより０．１ＴＨｚから５ＴＨｚ程度の帯域をカバーすることができる。また、ゲート長を微細化することにより、更なる高周波を受信することが可能となる。図４Ａに図４Ｂ記載の高電子移動度トランジスタを２つ並べて配置し、ワイヤリングを施した場合の概略図を示す。ゲートパッド９、ソースパッド１０、ドレインパッド１１にそれぞれワイヤ１２、１２’、１３、１３’、１４、１４’が配線されている。２つのトランジスタのソースワイヤ１４、１４’の成す角度は９０°とした。
【００４３】
なお、本実施形態におけるテラヘルツ受信素子の回路図は、図１Ｃと同様である。
【００４４】
図５Ａ〜図５Ｃに本実施形態であるテラヘルツ受信素子の受信特性を示す。図５Ａは図４Ａ記載のＦＥＴ−Ａのテラヘルツ波受信特性、図５Ｂは図４Ａ記載のＦＥＴ−Ｂの受信特性である。横軸がゲート電圧、縦軸がドレイン電圧（テラヘルツ受信信号）である。図５Ａではテラヘルツ電界方向とソースワイヤ１４または１４’が平行な位置関係にあり、図５Ｂではテラヘルツ電界方向とソースワイヤ１４または１４’が垂直な位置関係にある。図５Ａ、図５Ｂからわかるように、テラヘルツ受信特性にはソースワイヤの方向依存性があることが見て取れる。また、ゲート電圧が−０．５Ｖ以下の領域で偏光依存性は無いが、信号出力が現れている領域がある。これは、テラヘルツエミッタ１７から放射されるテラヘルツ波に励起光である８００ｎｍの光が混在し、この８００ｎｍの光をチャネル層が吸収しフォトキャリアを発生することによるものである。蛍光灯等の白色光のもとにおいても、信号の増大や減少が確認され信号として非常に不安定な状態にある。よって、図４Ｂに記載したような２つの受信素子を用い、その信号の差分を取ることにより、テラヘルツ波以外の信号が排除され、図５Ｃに示すようなプラズマ共鳴による正確なテラヘルツ波の受信特性を得ることができる。
【００４５】
なお、本実施形態において２つのソースワイヤのなす角度を９０°としたが、２つのソースワイヤのなす角度は９０°に限らず、２つのソースワイヤが平行でなければよい。すなわち２つのソースワイヤのなす角度は０°より大きく１８０°より小さければよい。特に２つのソースワイヤのなす角度が４５°以上１３５°以下であれば２つの受信素子の信号の差分を大きくとることができ、正確なテラヘルツ波の受信特性を得ることができる。
【００４６】
以上、本発明のテラヘルツ波発生装置について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。
【００４７】
例えば、上記実施形態において、ゲートワイヤ、ソースワイヤの成す角度を９０°としたが、それ以外の配置においてもテラヘルツ電界方向に対して受信信号が偏光依存性をもつ配置であれば問題はない。
【００４８】
また、本実施形態では電界効果型トランジスタとして、高電子移動度トランジスタを用いたが、分散特性を有するトランジスタであれば、本発明と同じ効果が期待できる。
【００４９】
また、電界効果型トランジスタとしてＧａＡｓ系の材料のものを用いたが、他の材料系、例えばＧａＮ系の材料のものを用いてもよく、またＳｉＧｅ系の材料のものを用いてもよい。特にＧａＮ系の材料からなるＦＥＴ、例えばＧａＮ／ＡｌＧａＮのヘテロ接合ＦＥＴでは電子走行層におけるキャリア濃度が高いのでテラヘルツ波の広帯域化には有利である。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、テラヘルツ波受信装置に利用でき、特に非破壊検査装置、イメージング装置、通信装置などに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態のテラヘルツ受信素子の上面図である。
【図１Ｂ】本発明の第１の実施形態のテラヘルツ受信素子中のＦＥＴの断面図である。
【図１Ｃ】本発明の第１の実施形態のテラヘルツ受信素子の回路図である。
【図２】テラヘルツ受信特性の評価系を示す図である。
【図３Ａ】テラヘルツ電界方向とゲートワイヤが平行な位置関係にある場合の受信特性を示す図である。
【図３Ｂ】テラヘルツ電界方向とゲートワイヤが垂直な位置関係にある場合の受信特性を示す図である。
【図３Ｃ】２つのＦＥＴの受信信号から得た差分信号の特性を示す図である。
【図４Ａ】本発明の第２の実施形態のテラヘルツ受信素子の上面図である。
【図４Ｂ】本発明の第２の実施形態のテラヘルツ受信素子中のＦＥＴの断面図である。
【図５Ａ】テラヘルツ電界方向とソースワイヤが平行な位置関係にある場合の受信特性を示す図である。
【図５Ｂ】テラヘルツ電界方向とソースワイヤが垂直な位置関係にある場合の受信特性を示す図である。
【図５Ｃ】２つのＦＥＴの受信信号から得た差分信号の特性を示す図である。
【図６】従来技術におけるテラヘルツ受信素子の構成と受信特性を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  高抵抗ＧａＡｓ基板
２  ｎｏｎ−ＧａＡｓバッファ層
３  ｎｏｎ−ＩｎＧａＡｓチャネル層
４  ｎ−ＡｌＧａＡｓ電子供給層
５  ｎ−ＧａＡｓコンタクト層
６  ゲート電極
７  ドレイン電極
８  ソース電極
９  ゲートパッド
１０  ソースパッド
１１  ドレインパッド
１２、１２’  ゲートワイヤ
１３、１３’  ドレインワイヤ
１４、１４’  ソースワイヤ
１５  レーザ源
１６  チョッパ
１７  テラヘルツエミッタ
１８  Ｓｉウェハ
１９  レンズ
２０  テラヘルツ受信素子
２１  差分回路
２２  直流バイアス電圧源
２３  ロックインアンプ
ＦＥＴ−Ａ、ＦＥＴ−Ｂ  電界効果型トランジスタ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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